Тема 2.Сонячна радіація в атмосфері і на земній поверхні

Завдання: 1. Вивчити будову приладів, які використовуються для виміру елементів сонячної радіації;

2. Розвязати практичні задачі по вивченню елементів сонячної радіації.

І. Загальні відомості

Сонячна радіація - це промениста енергія Сонця, що досягає земної поверхні у вигляді невидимої (ультрафіолетової та інфрачервоної) і видимої радіації.

Частина променистої енергії Сонця, що надходить до земної поверхні від видимого диска Сонця у вигляді паралельних променів, називається прямою сонячною радіацією. Розділяють дві характеристики прямої сонячної радіації: інтенсивність S - це пряма сонячна радіація, яка надходить на перпендикулярну, абсолютно чорну поверхню і вимірюється актинометром Янишевського, та інсоляція S' - величина припливу прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхню, яку можна обчислити за такою формулою: S' = S ^. sіn h⁰

Для визначення величини інсоляції прямої сонячної радіації на південний або північний схили користуються такими формулами:

S' _{пд схилу} = S ^. sіn (h⁰ + а);

S' _{пн схилу} = S ^. sіn (h⁰ - а);

де h⁰ – висота Сонця над горизонтом, а – крутизна схилу в градусах.

Значення Sіn визначають за допомогою додатка 1.

Частина сонячної радіації, яка після розсіювання в атмосфері надходить на горизонтальну поверхню, називається розсіяною радіацією D .

Сумарна радіація Q – це сума прямої S і розсіяної D радіації, виражена формулою: Q = S + D.

Відбита радіація R_k – частина сонячного випромінювання, що відбивається земною поверхнею. Відбиту радіацію R_k найчастіше характеризують безрозмірною величиною – відбивною здатністю або альбедо тієї чи іншої поверхні, на яку падає сонячна радіація.

Альбедо А_k – відношення відбитої радіації до сумарної, яке найчастіше виражається у відсотках (табл.3), а розраховується за формулою:

А_k,% = (R_k : Q) ^. 100.

Частина сумарної радіації, що поглинається земною поверхнею, називається поглинутою радіацією R_n,, яка розраховується за формулою: R_n= Q - R_k.

Витрати променистої енергії (крім відбитої радіації) відбуваються також за рахунок ефективного випромінювання Е_еф, що є різницею між власним випромінюванням земної поверхні Е_з і зустрічним випромінюванням атмосфери Е_а і розраховується за формулою: Е_еф= Е_з - Е_а.

3. Альбедо різних природних поверхонь, %

(за М. І. Буденко і В. Л. Гаєвським)

Поверхня	Альбедо	Поверхня	Альбедо
Сніг свіжий сухий		Посіви жита і пшениці
Сніг забруднений		Насадження картоплі
Лід		Луки
Грунти темні		Степ сухий
Грунти сухі глинисті		Ліси хвойні
Грунти сухі піщані		Ліси листяні

Різницею між надходженням і витратами радіації називають радіаційним балансом або залишковою радіацією В. Рівняння радіаційного балансу має такий вигляд: В = S+D- R_k- Е_з+Е_{а .}

У процесі фотосинтезу рослини використовують частину сонячної радіації в інтервалі довжин хвиль 0,38 – 0,71 мкм (мікрометри), яка називається фотосинтетично активною радіацією (ФАР). Для визначення сум ФАР за відповідними сумами прямої і розсіяної радіації використовують формулу Росса і Тоомінга: ΣQ_ФАР = 0,43ΣS'+ 0,57ΣD.

Найінтенсивніше листя рослин поглинають синьо-фіолетові (0,40 - 0,48 мкм) і оранжево-червоні (0,65 - 0,69 мкм) промені.

У міжнародній системі одиниць СІ енергетична освітленість радіації вимірюється в Вт/м², а для сум радіації використовують Дж/м²с.